(57)【要約】【課題】好適に空間解像度を改善するカラープロジェクタを提供する。【解決手段】時間シーケンシャルなカラープロジェクタは、液晶装置などのようなピクセルを用いた光バルブ（２）および複数の光源（３０，３１，３２）を含む。光源（３０，３１，３２）は、光バルブ（２）のピクセルに光を集束させるレンズアレイのような光学系（１）を経由して、光バルブ（２）の異なる組のピクセルに直接光を当てる。少なくとも２の光源（３０，３１，３２）は、多色光源である。多色光源は、完全なイメージフレームを作成する各１組のフレームの間に、異なるカラー成分を出射する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のピクセルを用いた光バルブ（２）と、第１および第２の光源（３０，３１；１５；１５Ｒ／Ｂ）と、該光源（３０，３１；１５；１５Ｒ／Ｂ）からの光を第１の光バルブ（２）の第１および第２のピクセル組にそれぞれ導くように配置された光学システム（１；２０；３；４５）とを備え、該第１の光源（３０）は、時間フレームの第１および第２のシーケンスにおいて、それぞれ、第１および第２のカラーを出射するように配置されており、該第２の光源（３１）は、第１および第２の時間フレームシーケンスにおいて、それぞれ、該第１のカラーとは異なる第３のカラーと、該第２のカラーとは異なる第４のカラーとを出射するように配置されている、時間シーケンシャルなカラープロジェクタ。
【請求項２】
前記第１および第２の光源（３０，３１）のそれぞれが、多色光エミッタ（４０）を備える、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記第１および第２の光源（３０，３１）のそれぞれが、該第１または第３のカラーの光を出射する第１光エミッタ（４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ）と、該第２または第４のカラーの光を出射する第２光エミッタ（３０，３１）とを備える、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記第１および第２の光源（３０，３１）が、第１および第２の角度範囲の光をそれぞれ前記第１の光バルブ（２）へ導くように配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記第１および第２の光源（１５；１５Ｒ／Ｂ）が、光エミッタの２次元アレイを含む、請求項１に記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記光エミッタが、光を前記光バルブ（２）のピクセルに導くように、円柱状の集束レンズアレイ（１）と協働する行として配置されている、請求項５に記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記第１のカラーが前記第４のカラーと同一であり、前記第２のカラーが前記第３のカラーと同一である、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記第１および第４のカラーが赤であり、前記第２および第３のカラーが緑である、請求項７に記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記第１から第４のカラーとは異なる第５のカラーを出射し、これを前記第１の光バルブに導くように配置された第３の光源（３２；１５；１５Ｇ）を含む、請求項７または８に記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記第５のカラーが青である、請求項９に記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記第３の光源（１５Ｇ）が該第１および第２の光源（１５Ｒ／Ｂ）の該光エミッタの２次元アレイとは異なる平面に配置された光エミッタの２次元アレイを含む該第３の光源である、請求項９または１０に記載のプロジェクタ。
【請求項１２】
ピクセルを用いた第２の光バルブ（５６）と、青光を該第２の光バルブ（５６）に導くための第３の光源（５５）と、前記第１および第２の光バルブ（２，２６）からの光を共通の投影光路に結合するための光学コンバイナ（５７）とを含む、請求項８に記載のプロジェクタ。
【請求項１３】
前記第１の光バルブの第３の組のピクセルに光を導くように配置された第３の光源（３２）を含み、
前記光源のそれぞれは、該光源が３つの時間フレームの繰り返し組の時間フレームにおいて異なるカラーを出射するように、切り返しシーケンスにおいて第１、第２、第３のカラーを出射するように配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
前記第１、第２、第３のカラーが、それぞれ、赤、緑、青である、請求項１３に記載のプロジェクタ。
【請求項１５】
前記第１および第２の光源は、請求項４に従属する場合、前記第３の光源（３２）は第３の角度範囲の光を前記第１の光バルブ（２）に導くように配置されている、請求項１３または１４に記載のプロジェクタ。
【請求項１６】
前記光学システムは、第１のマイクロレンズアレイを含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項１７】
前記第１のマイクロレンズアレイ（１）は、球状の集束レンズの六角形アレイを含む、請求項１６に記載のプロジェクタ。
【請求項１８】
前記第１のマイクロレンズアレイ（１）は、円柱状の集束レンズアレイを含む、請求項１６に記載のプロジェクタ。
【請求項１９】
前記光学システム（１；２０；３；４５）は、前記第１のアレイと光学的に直列な第２のマイクロレンズアレイ（３）を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２０】
前記光学システム（１；２０；３；４５）は、前記第１のアレイと光学的に直列なフィールドレンズ（２０）を含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２１】
各光源は、電子光源である、請求項１から２０のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２２】
各光源は、各時間フレームシーケンスにおいて単一のカラーを出射するように配置されている、請求項１から２１のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２３】
少なくとも１つの光源は、切替え可能なフィルターと協働するブロードバンドエミッタを含む、請求項２２に記載のプロジェクタ。
【請求項２４】
少なくとも１つの光源が少なくとも１つの電子光エミッタを含む、請求項１から２３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２５】
少なくとも１つの光エミッタは、固体光エミッタを含む、請求項２４に記載のプロジェクタ。
【請求項２６】
少なくとも１つの光エミッタは、半導体光エミッタを含む、請求項２５に記載のプロジェクタ。
【請求項２７】
少なくとも１つの光エミッタが発光ダイオード、共振空洞発光ダイオード、超発光ダイオードおよび半導体レーザーのうちの１つを含む、請求項２６に記載のプロジェクタ。
【請求項２８】
少なくとも１つの光エミッタは、ナロー出射バンドで光を出射するように構成されている、請求項２４から２７のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項２９】
少なくとも１つの光源は、電気的に切替え可能である、請求項１から２８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項３０】
少なくとも１つの光源は、コリメータ（４１；４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）と第１および第２のレンズアレイ（４２，４３）とを含み、該第１のレンズアレイ（４２）の該レンズは前記第１の光バルブ（２）と実質的に同一のアスペクト比を有し、該第２のレンズアレイ（４３）に光を集束させ、該第２のレンズアレイ（４３）の各レンズは、該第１の光バルブ（２）を実質的に覆う該第１のレンズアレイ（４２）の各レンズのイメージを形成する、請求項１から２９のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【請求項３１】
前記各光バルブが液晶装置を含む、請求項１から３０のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時間シーケンシャルなカラープロジェクタに関する。そのようなプロジェクタの応用には、ビデオ、および、電子的なデータ源からのイメージを投影するために用いられるデータプロジェクタが含まれる。そのようなプロジェクタは、フロントおよびリアプロジェクタ、映画および家庭用娯楽器具用のプロジェクタ、乗り物のヘッドアップディスプレイ用のプロジェクタ、ビジネスおよび会議用のプロジェクタ、小型携帯用プロジェクタを含む。
【背景技術】
【０００２】
電子プロジェクタは典型的に１つ以上の「光バルブ」を利用する。「光バルブ」は典型的にピクセルに分割された平面装置である。各ピクセルを透過または反射する入射光の比は独立的に制御可能である。プロジェクタはまた、そのような光バルブを照らす光学システム、バルブを制御する電子装置、光バルブによってスクリーンに表示されるイメージを投影する光学システムを備える。
【０００３】
周知のプロジェクタでは、現在、３タイプの光バルブが使用されている。すなわち、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、マイクロミラー装置である。これらの装置の各々はモノクロである。つまり、各ピクセルが反射または透過する光の比は制御されるが、カラーは制御されない。
【０００４】
カラープロジェクタはモノクロ光バルブをいくつかの方法で用いて構成することが可能である。商業的に利用可能な多くのプロジェクタは３パネルシステム、または時間シーケンシャルなカラーシステムのどちらかを使用している。
【０００５】
３パネルプロジェクタでは、赤光は１つのパネルへ送られ、緑光は別のパネルへ送られ、青光が３つ目のパネルへ送られる。３つのパネルのイメージはダイクロイックプリズムなどの光学の組み合わせを用いて重ね合わされる。
【０００６】
時間シーケンシャルなカラープロジェクタでは、単一光バルブが使用される。イメージが表示され、バルブはまず赤光に照らされ、次に表示されるイメージが変わって、バルブは緑光に照らされ、それから再びイメージが変わってバルブは青光に照らされる。このシーケンスが、視覚者の目に、３つの単一のカラー投影イメージが、１つのカラーイメージに融合されるように映る速さで繰り返される。
【０００７】
時間シーケンシャルなカラーシステムは次のような不都合を有する。点滅、または加工色が見えることがある。高速光バルブ（例えば、マイクロミラー装置）が必要であり、高速光バルブは、透過型液晶パネルのような比較的遅い光バルブより一般的に高価である。白色光源が使用される場合、いかなる時でも、光熱出力の３分の１以下が使用される可能性がある。例えば、赤イメージが表示されるとき、光源からの緑および青光は廃棄されなければいけない。つまり、このプロジェクタの光学効率は低いということである。
【０００８】
３パネルシステムは、３つのパネル、別々の色、合成光学が必要とされ、システムのコストが高くなるという不都合を有する。また、３つのパネルからのイメージは高密度で集束されなければならず、このように製造プロセスが複雑化する。
【０００９】
これらのプロジェクタ構造はよく知られており、詳細は、ＳｔｕｐｐおよびＢｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ著書の本「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」（Ｗｉｌｅｙ  １９９９年）に開示されている。
【００１０】
３パネルおよびシーケンス設計のいくつかの欠点を克服する周知のシステムがＵＳ５１６１０４２に開示されている。ランプは白色光を出射する。赤、緑、青成分は、３色選択（ダイクロイック）ミラーによってわずかに違う角度に反射される。光バルブは透過可能なパネルである。マイクロレンズのアレイがパネルの近く、光源に面する側に設置されるのは、パネルのピクセルがマイクロレンズの焦点面になるようにするためである。
【００１１】
赤、緑、青の光子ビームが異なる方向へ放たれるので、異なるカラーが表示パネルの異なるピクセルに送られるようにレンズが配置される。これは添付の図１に示されている。それゆえ、投影レンズによって見られるように、このパネルは、直視型表示で使用されているようなマイクロフィルターカラー表示パネルに類似する。しかし、そのような表示のフィルターで吸収によって引き起こされる損失は回避される。
【００１２】
関連するシステムがＥＰ１０８９１１５に開示されている。ここでは角度色分離が反射パネルとともに使用され、反射ピクセルの構成は、投影システムに正確な方向へ光を反射させるために修正される。
【００１３】
これらのシステムは、時間シーケンシャル構成および３パネル構成の両方のいくつかの利点を共有する。カラーフィルターで光が失われることがなく、１つのパネルのみが使用される。不利な点はシステムの空間的解像度が３つの要素によって減少することである。
【００１４】
別の不利な点は、光の高スループットを達成するために、マイクロレンズアレイは小さなｆ値を有さなければならない。各レンズは３つのカラーサブピクセルの幅に等しい直径を有する。それは、光バルブパネルの大きさが小さくなるように、レンズとパネルピクセル間に必要な間隔もまた小さくするためである。典型的な液晶光バルブは０.５ｍｍオーダーの厚さを有するガラス基板の上に製造されるので、間隔は達成されやすい低い制限が設けられる。間隔がより小さくなるために、レンズはパネルの中に組み込まれなければならない。このことは、原則上は可能であるが、この目的のために光バルブが特別に製造されなければならないため、コストと複雑性が増す。
【００１５】
角度色分離を有するシステムは、上記のように、解像度が３つの要素によってベースパネルに比べて減少するという問題を被る。
【００１６】
この問題は異なる方向間のカラーを急速に切替えることで取り除かれる。例えば、時間フレーム１では、赤光は図１の点線で示された経路にしたがうことがあり得る。緑光は直線で示される経路で、青線は破線で示される経路にしたがうことがあり得る。時間フレーム２では、赤光は直線で、緑光は破線で、青光は点線で示され得る。時間フレーム３では、赤光は破線で、緑光は点線で、青光は直線で示され得る。光バルブによって表示されるイメージが各時間フレームで変わるのは、カラーイメージが３つの時間フレームを経て形成されるようにするためである。
【００１７】
時間シーケンシャルなカラープロジェクタのように、プロジェクタのスイッチがこれら３つの状態間で急速に切り替わった場合、人間の目は各ピクセルからの赤、緑、青光を単一のカラーイメージに融合させる。このタイプのプロジェクタ設計は「角度時間シーケンシャルなカラー」（ＡＴＳＣ）として知られている。角度色分離のために減少された解像度の問題は、このように取り除かれるが、パネルバリア分離の問題が残っている。
【００１８】
すべての周知のＡＴＳＣプロジェクタでは、白色光源が使用され、白色光を異なる角度で放たれる３つのカラー光子ビームに分離させるメカニズムがあり、そのメカニズムで異なる方向間のカラーを急速に切替えることが可能になる。ＵＳ５９６９８３２はこの目的のために２つの異なるメカニズムを開示している。第１のメカニズムは、ホログラフィック光学要素（ＨＯＥ）が異なるカラーの光を生じると異なる角度へ放たれる。３つの異なるＨＯＥがあり、各ＨＯＥはさまざまな方向に異なるカラーのマッピングを提供する。スイッチの切替えは、シーケンシャルに３つのＨＯＥを移動ベルト上の動作位置に移動させることで達成される。第２のメカニズムでは、ダイクロイックミラーによって３色が分離されている。これらのミラーに反射された後、光は、光バルブ近くのマイクロレンズアレイに到達する前に、別のミラーによって反射される。この第２のミラーを傾けると、赤、緑、青光線の角度を変えてピクセルのカラーを切替える。同様のシステムもまた開示されていて、そこでは、レンズアレイは、パネルに関連してシフトしてピクセルのカラーを切替える。
【００１９】
特開２００１−２２３１７８号公報は、角度間でのカラーを切替えるための、切替え可能なホログラフィック光学要素に依存する別のメカニズムを開示している。
【００２０】
ＵＳ６５４７３９８は２つの設計を開示している。２つとも、ダイクロイックミラーによってカラーが分離され、マイクロレンズアレイが異なるカラーの焦点をその焦点距離の点に合わせる。これらの設計と他の設計との違いは、マイクロレンズアレイが光バルブの近くにないという点である。代わりに、カラー点のシステムはパネルの上の二重レンズシステムによって再びイメージされる。第１のデザインでは、マイクロレンズアレイはその表面でシフトしてピクセルのカラーを切替える。第２の設計では、ＵＳ５９６９８３２の第２のメカニズムのようにミラーが傾いている。
【００２１】
ＵＳ６５４７３９８号に開示されているカラー点の再イメージングは、角度カラープロジェクタおよびＡＴＳＣプロジェクタによって受けるレンズパネル分離の問題への解決につながる。しかし、巨視的レンズか使用されているので、収差のためにシステムを配置することが難しくなる可能性があるという不利点を有する。また、少なくともパネルの大きさのレンズが必要とされるため、マイクロレンズアレイはパネルから少なくとも２つのパネル直径の距離を空けられなければならないので、システムの大きさを大きくさせる。
【００２２】
前述（実際商業的に利用可能な電子プロジェクタすべて）の全プロジェクタ設計は高圧放電ランプのような白色光源を使用する。しかし、最近の技術開発によって、低電力プロジェクタのためにＬＥＤ照明が可能になった。
【００２３】
ＬＥＤを光源としてプロジェクタで使用する利点は、小さいこと、寿命が長いこと、頑強性、動作の低温度および低圧力である。ＬＥＤはまた従来のランプタイプよりも単一のカラー光源として使用されるほうが、効率性がある。さまざまなアプリケーションにおいてＬＥＤによって従来のランプを置き換える可能性のある例示が、Ｂｅｒｇｈら著による論文「Ｔｈｅ  ｐｒｏｍｉｓｅ  ａｎｄ  ｃｈａｌｌｅｎｇｅ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  ｌｉｇｈｔｉｎｇ」Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｔｏｄａｙ、２００１年１２月、ｐｐ４２−４７に論じられている。
【００２４】
ＬＥＤプロジェクタの周知の設計は３つの分類に分けられる。マイクロフィルターパネルを使用するプロジェクタ、時間シーケンシャルなカラーを使用するプロジェクタ、スリーパネルプロジェクタである。
【００２５】
Ｋｅｕｐｅｒら著書による論文、「Ｕｌｔｒａ−ｃｏｍｐａｃｔ  ＬＥＤｌ  ｂａｓｅｄ  ｉｍａｇｅ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  ｐｏｒｔａｂｌｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」ＳＩＤ２００３Ｄｉｇｅｓｔ  ｐａｐｅｒ  Ｐ−１２６は、ＬＥＤプロジェクタのための３つの設計を開示している。３つのうち２つは、マイクロフィルターを有する白いＬＥＤを使用している。マイクロフィルターパネルは直視型表示で使用されるパネルのタイプで、ピクセルは３つのグループに配置され、各グループは赤フィルターを有する１つのピクセル、緑フィルターを有する１つのピクセル、青フィルターを有する１つのピクセルを備える。
【００２６】
このタイプのプロジェクタの主な利点はコストが低いことである。マイクロフィルターパネルは携帯電話および他の携帯電子装置で使用されているので、非常に安価に入手可能である。また、プロジェクタ設計も非常に単純である。このタイプのＬＥＤプロジェクタは、少なくとも光の３分の２がフィルターに吸収されるという不利な点を有する。それゆえ光の使用は非効率的である。解像度はまた、３つの要素によるベースパネルの解像度よりも粗野である。
【００２７】
ＬＥＤのような電子光源は２つの理由から特に時間シーケンシャルなカラー投影に適している。単一のカラー光の光源として効率的で、スイッチの切替えが素早くされる。ＬＥＤを使用することで、白色光源を有する時間シーケンシャルなカラープロジェクタで３分の２の光を吸収するフィルターの使用を避けることが可能である。赤イメージが光バルブに表示される間、赤ＬＥＤが照らされる。他のカラーも同様である。
【００２８】
Ｋｅｕｐｅｒらによる論文はまた時間シーケンシャルなカラーＬＥＤプロジェクタを開示している。他のそのような設計は、ＷＯ０２０８０１３６、ＵＳ２００３０１３３０８０、ＥＰ０８８８０１６、およびＥＡ０１３４７６５３に開示されている。このタイプのプロジェクタは、光の使用が効率的であるという利点、単一パネルのみを使用するという利点、ベースパネルの解像度が維持されるという利点を有する。不利な点は、点滅が存在するという点、フレーム率が十分に高くないと色欠損が起こるという点、パネルが少なくともビデオ速度の３倍で動作しなければならないということで高価に付くという点がある。
【００２９】
第３のタイプのＬＥＤプロジェクタ設計は、１つのパネルが赤いＬＥＤに照らされ、１つのパネルが青いＬＥＤに照らされ、１つのパネルが緑のＬＥＤに照らされる。３つのパネルからのイメージは、それから、従来のスリーパネルプロジェクタと同じように結合される。このタイプのプロジェクタはＵＳ０６２２４２１６およびＵＳ０６２８１９４９に開示される。このタイプのプロジェクタは、光の使用が効率的だという利点、ベースパネルの解像度を維持するという利点を有する。しかし３つのパネルの使用はコストを増大させ、プロジェクタの容積が大きくなる。
【００３０】
異なるＬＥＤプロジェクタ設計が特開２００１−３７１７８５号公報に開示されている。ＬＥＤのアレイは小ブロックイメージおよび、ＬＥＤ照明のパターンが変化するようにこのブロックイメージを急速に転換する垂直方向および水平方向のスキャナーをもたらす。このように時間の経過とともにより大きなイメージが形成される。この設計はハイライト効果を有するが、高価で信頼できない高速の機械的走査装置を必要とするという不利な点を有する。
【００３１】
ＥＰ０１０２４６６９は、コリメーションのための光を反射する面および出射される光の大部分を単一分極状態に転換する方法を含むプロジェクタのためのＬＥＤ照明システムの設計を公開する。
【００３２】
Ｖ．Ｍｅｄｖｅｒｄｅｖらによる、「Ｕｎｉｆｏｒｍ  ＬＥＤ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」ＳＰＩＥ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｖｏｌ．３４２８，ｐｐ１４２〜１５３（１９９８年）は、同様の反射イルミネーターを開示する。Ｇ．Ｈａｒｂｅｒｓらによる、「ＳＩＤ  Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ２００２、Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｐａｐｅｒｓ」  ｐｐ２２〜２５（２００２年）もまた、電子プロジェクタにおいてハイパワーＬＥＤがどのように使用され得るかを開示している。
【００３３】
人間の視覚システムは光景の詳細を知覚するために青をほとんど使わないことがよく知られている。このことは例えばＪ．Ｓ  Ｗｏｌｆｆｓｏｈｎらによる、「Ｃｏｎｔｒａｓｔ  ｉｓ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｂｙ  ｙｅｌｌｏｗ  ｌｅｎｓｅｓ  ｂｅｃａｕｓｅ  ｏｆ  ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆｓｈｏｒｔ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｌｉｇｈｔ」、Ｏｐｔｏｍｅｔｒｙ  ａｎｄ  ｖｉｓｉｏｎ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ｖｏｌ  ７７，ｐｐ７３〜８１（２０００年）およびＪ．Ｋ．Ｈｏｖｉｓらによる、「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  ｐｅｒｐｅｔｕａｌ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｂｌｕｅ−ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｌｅｎｓｅｓ」、Ｏｐｔｏｍｅｒｙ  ａｎｄ  ｖｉｓｉｏｎ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ｖｏｌ  ６６，ｐｐ６８２〜６８９（１９８９年）に開示されている。
【００３４】
スリーパネルプロジェクタでは、赤チャネルおよび緑チャネルよりも青チャネルに低解像度パネルを用いることによって、この事実を利用することが可能である。これはＲ．Ｍａｒｔｉｎらによる、「Ｄｅｔｅｃｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ｂｌｕｅ  ｐｉｘｅｌ  ｃｏｕｎｔ  ｉｎ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ，ｖｏｌ  ２４，ｐｐ６０６〜６０９（１９９３年）に開示されている。
【００３５】
高周波青情報に対する感知性の欠如は、また直視型ディスプレイにおいて使用され得る。直視型ディスプレイでは、カラーフィルター配置が人間の視覚システムへの表示の特性に合うように変えられる。これ以下において開示される；ＷＯ０２０９１３４８，ＵＳ２００２０１５１１０，ＵＳ出願２００３０１２８１７９、ＵＳ出願２００３００９０５８１、Ｃ．Ｈ．Ｂｒｏｗｎ−Ｅｌｌｉｏｔによる、「Ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｐｉｘｅｌ  ｃｏｕｎｔ  ｗｉｔｈｏｕｔ  ｒｅｄｕｃｉｎｇ  ｉｍａｇｅ  ｑｕａｌｉｔｙ」、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｖｏｌ．９９（１２）（１９９９），およびＴ．Ｌ．Ｃｒｅｄｅｌｌｅらによる、「ＭＴＦ  ｏｆｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｐｅｎｔｉｌｅ  ｍａｔｒｉｘ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」、Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ  ２００２  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ１５９〜１６２。
【００３６】
マイクロレンズ構成を光バルブのピクセルに一体化することによって、いくつかのタイプの電子ディスプレイおよび直視型ディスプレイにおいて光処理量を高めることは可能である。ＵＳ５６８２２１５はそのような技術を開示し、レンズを透過型液晶表示パネルの構成に配置する２つの方法を示している。１つの方法は、ガラス基板の局部屈折率プロフィールを変えるためのイオン注入であり、他の１つの方法は、基板へのエッチングを軽減する構成であり、その際、基板に異なる屈折率のポリマー樹脂が充填される。ＵＳ５８４４６４４は、カラーフィルターの上に設置される「上塗り」層にレンズが組み込まれる代替案を開示している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明の１つの局面の態様は、第１のピクセル化された光バルブおよび第２の光源を備える時間シーケンシャルなカラープロジェクタを提供する。光学システムは、光源からの光を、第１の光バルブの第１のピクセル組および第２のピクセル組にそれぞれ導くように配置されている。第１の光源は、第１のカラーを第１の時間フレームに、第２のカラーを第２の時間フレームにそれぞれ出射するように配置されている。第２の光源は、第１の時間フレームでの第１のカラーとは異なる第３のカラーを放ち、第２の時間フレームでの第２のカラーとは異なる第４のカラーをそれぞれ出射するように配置されている。
【００３８】
第１および第２の光源は、それぞれ多色光エミッタを備え得る。
【００３９】
第１および第２の光源は、それぞれ第１のまたは第３のカラーの光を出射する第１の光エミッタ、または、第２または第４のカラーの光を出射する第２の光エミッタを備え得る。
【００４０】
第１および第２の光源は、第１の光源に向かう第１および第２の角度範囲にそれぞれ光を導くように配置され得る。
【００４１】
第１および第２の光源は光エミッタの２次元アレイを含み得る。光エミッタは、光を光バルブのピクセル上に導くために円柱状に集束レンズアレイと協働で行として配置され得る。
【００４２】
第１のカラーは第４のカラーと同一であり得て、第２のカラーは第３のカラーと同一であり得る。第１および第４のカラーは赤であり得て、第２および第３のカラーは緑であり得る。
【００４３】
プロジェクタは、第１から第４のカラーと異なる第５のカラーを出射するように配置される第３の光源を含み得、第５のカラーを第１の光源に導く。第５のカラーは青であり得る。第３の光源は、上記の第１および第２の光源の光エミッタの２次元アレイとは異なる平面に配置される光エミッタの２次元アレイを含む。
【００４４】
あるいは、プロジェクタは、第２のピクセルを用いた光バルブ、青光を第２の光源に導く第３の光源、第１および第２の光バルブからの光を共通投影光路へ結合する光学コンバイナを含み得る。
【００４５】
プロジェクタは、第１の光バルブの第３の組のピクセルに光を導くように配置された第３の光源を含み得る。光源のそれぞれは、光源が３つの時間フレームの繰り返し組の時間フレームにおいて異なるカラーを出射するように、切り返しシーケンスにおいて第１、第２、第３のカラーを出射するように配置されている。
【００４６】
光学システムは第１のマイクロレンズアレイを含み得る。第１のマイクロレンズアレイは球状の集束レンズの六角形アレイを含み得る。または、第１のマイクロレンズアレイは円柱状の集束レンズアレイを含み得る。光学システムは光学的に第１のアレイと直列の第２のマイクロレンズアレイを含み得る。代替として、光学システムは光学的に第１のアレイと直列のフィールドレンズを含み得る。
【００４７】
各光源は電子光源であり得る。
【００４８】
各光源は、各時間フレームシーケンスにおいて単一のカラーを出射するように配置され得る。少なくとも１つの光源は切替え可能なフィルターと協働するブロードバンド光エミッタを含み得る。
【００４９】
少なくとも１つの光源は電気的に切替え可能であり得る。
【００５０】
少なくとも１つの光源は少なくとも１つの電子光エミッタを含み得る。少なくとも１つの光エミッタは、１つのネオンランプを含み得る。少なくとも１つの光エミッタは、固体光エミッタを含み得る。少なくとも１つの光エミッタは、半導体光エミッタを含み得る。少なくとも１つの光エミッタは、発光ダイオード、共振空洞発光ダイオード、超発光ダイオード、および半導体レーザーのうちの１つを含み得る。少なくとも１つの光エミッタは、ナロー出射バンドで光を出射するように構成され得る。
【００５１】
少なくとも１つの光源は、コリメータと、第１および第２のレンズアレイとを含み得る。第１のレンズアレイのレンズは、第１の光バルブと実質的に同一のアスペクト比を有し、第２のレンズアレイに光を集束させる。第の２レンズアレイの各レンズは、実質的に第１の光バルブを覆う第１のレンズアレイの各レンズのイメージを形成する。
【００５２】
各光バルブは液晶装置を含み得る。
【００５３】
それゆえ、このタイプの周知のプロジェクタのすべての利点を有する時間シーケンシャルなカラープロジェクタを提供することが可能である。例えば、投影されたイメージは光バルブまたはバルブの完全な空間解像度を有し、カラーフィルターによって光が吸収されない、そのため、光効率は比較的高い。また、点滅ライトのおよびカラーアーチファクト（ｃｏｌｏｒ  ａｒｔｅｆａｃｔ）の視感度は、周知の時間シーケンシャルなカラー設計と比べると減少する。なぜなら、全イメージフレームは同時にカラーを変えないからである。加えて、電子光源の使用は、高い照明効率、比較的長い光源寿命、堅強性、コスト削減を提供する。
【００５４】
（項目１）
第１のピクセルを用いた光バルブ（２）と、第１および第２の光源（３０，３１；１５；１５Ｒ／Ｂ）と、該光源（３０，３１；１５；１５Ｒ／Ｂ）からの光を第１の光バルブ（２）の第１および第２のピクセル組にそれぞれ導くように配置された光学システム（１；２０；３；４５）とを備え、該第１の光源（３０）は、時間フレームの第１および第２のシーケンスにおいて、それぞれ、第１および第２のカラーを出射するように配置されており、該第２の光源（３１）は、第１および第２の時間フレームシーケンスにおいて、それぞれ、該第１のカラーとは異なる第３のカラーと、該第２のカラーとは異なる第４のカラーとを出射するように配置されている、時間シーケンシャルなカラープロジェクタ。
【００５５】
（項目２）
上記第１および第２の光源（３０，３１）のそれぞれが、多色光エミッタ（４０）を備える、項目１に記載のプロジェクタ。
【００５６】
（項目３）
上記第１および第２の光源（３０，３１）のそれぞれが、該第１または第３のカラーの光を出射する第１光エミッタ（４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ）と、該第２または第４のカラーの光を出射する第２光エミッタ（３０，３１）とを備える、項目１に記載のプロジェクタ。
【００５７】
（項目４）
上記第１および第２の光源（３０，３１）が、第１および第２の角度範囲の光をそれぞれ上記第１の光バルブ（２）へ導くように配置されている、項目１から３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００５８】
（項目５）
上記第１および第２の光源（１５；１５Ｒ／Ｂ）が、光エミッタの２次元アレイを含む、項目１に記載のプロジェクタ。
【００５９】
（項目６）
上記光エミッタが、光を上記光バルブ（２）のピクセルに導くように、円柱状の集束レンズアレイ（１）と協働する行として配置されている、項目５に記載のプロジェクタ。
【００６０】
（項目７）
上記第１のカラーが上記第４のカラーと同一であり、上記第２のカラーが上記第３のカラーと同一である、項目１から６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００６１】
（項目８）
上記第１および第４のカラーが赤であり、上記第２および第３のカラーが緑である、項目７に記載のプロジェクタ。
【００６２】
（項目９）
上記第１から第４のカラーとは異なる第５のカラーを出射し、これを上記第１の光バルブに導くように配置された第３の光源（３２；１５；１５Ｇ）を含む、項目７または８に記載のプロジェクタ。
【００６３】
（項目１０）
上記第５のカラーが青である、項目９に記載のプロジェクタ。
【００６４】
（項目１１）
上記第３の光源（１５Ｇ）が該第１および第２の光源（１５Ｒ／Ｂ）の該光エミッタの２次元アレイとは異なる平面に配置された光エミッタの２次元アレイを含む該第３の光源である、項目９または１０に記載のプロジェクタ。
【００６５】
（項目１２）
ピクセルを用いた第２の光バルブ（５６）と、青光を該第２の光バルブ（５６）に導くための第３の光源（５５）と、上記第１および第２の光バルブ（２，２６）からの光を共通の投影光路に結合するための光学コンバイナ（５７）とを含む、項目８に記載のプロジェクタ。
【００６６】
（項目１３）
上記第１の光バルブの第３の組のピクセルに光を導くように配置された第３の光源（３２）を含み、
上記光源のそれぞれは、該光源が３つの時間フレームの繰り返し組の時間フレームにおいて異なるカラーを出射するように、切り返しシーケンスにおいて第１、第２、第３のカラーを出射するように配置されている、項目１から６のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００６７】
（項目１４）
上記第１、第２、第３のカラーが、それぞれ、赤、緑、青である、項目１３に記載のプロジェクタ。
【００６８】
（項目１５）
上記第１および第２の光源は、項目４に従属する場合、上記第３の光源（３２）は第３の角度範囲の光を上記第１の光バルブ（２）に導くように配置されている、項目１３または１４に記載のプロジェクタ。
【００６９】
（項目１６）
上記光学システムは、第１のマイクロレンズアレイを含む、項目１から１５のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７０】
（項目１７）
上記第１のマイクロレンズアレイ（１）は、球状の集束レンズの六角形アレイを含む、項目１６に記載のプロジェクタ。
【００７１】
（項目１８）
上記第１のマイクロレンズアレイ（１）は、円柱状の集束レンズアレイを含む、項目１６に記載のプロジェクタ。
【００７２】
（項目１９）
上記光学システム（１；２０；３；４５）は、上記第１のアレイと光学的に直列な第２のマイクロレンズアレイ（３）を含む、項目１６から１８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７３】
（項目２０）
上記光学システム（１；２０；３；４５）は、上記第１のアレイと光学的に直列なフィールドレンズ（２０）を含む、項目１６から１８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７４】
（項目２１）
各光源は、電子光源である、項目１から２０のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７５】
（項目２２）
各光源は、各時間フレームシーケンスにおいて単一のカラーを出射するように配置されている、項目１から２１のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７６】
（項目２３）
少なくとも１つの光源は、切替え可能なフィルターと協働するブロードバンドエミッタを含む、項目２２に記載のプロジェクタ。
【００７７】
（項目２４）
少なくとも１つの光源が少なくとも１つの電子光エミッタを含む、項目１から２３のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００７８】
（項目２５）
少なくとも１つの光エミッタは、固体光エミッタを含む、項目２４に記載のプロジェクタ。
【００７９】
（項目２６）
少なくとも１つの光エミッタは、半導体光エミッタを含む、項目２５に記載のプロジェクタ。
【００８０】
（項目２７）
少なくとも１つの光エミッタが発光ダイオード、共振空洞発光ダイオード、超発光ダイオードおよび半導体レーザーのうちの１つを含む、項目２６に記載のプロジェクタ。
【００８１】
（項目２８）
少なくとも１つの光エミッタは、ナロー出射バンドで光を出射するように構成されている、項目２４から２７のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００８２】
（項目２９）
少なくとも１つの光源は、電気的に切替え可能である、項目１から２８のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００８３】
（項目３０）
少なくとも１つの光源は、コリメータ（４１；４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂ）と第１および第２のレンズアレイ（４２，４３）とを含み、該第１のレンズアレイ（４２）の該レンズは上記第１の光バルブ（２）と実質的に同一のアスペクト比を有し、該第２のレンズアレイ（４３）に光を集束させ、該第２のレンズアレイ（４３）の各レンズは、該第１の光バルブ（２）を実質的に覆う該第１のレンズアレイ（４２）の各レンズのイメージを形成する、項目１から２９のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【００８４】
（項目３１）
上記各光バルブが液晶装置を含む、項目１から３０のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８５】
同一の参照数字は、全図において同一部材を参照する。
【００８６】
上記のように、図１は、周知タイプの角度カラープロジェクタでの光路の一部を図示している。赤色の光路は破線、緑色の光路は直線、青色の光路は点線で示されている。赤、緑、青の光線はレンズアレイ１に異なった角度で、または異なった角度の範囲で入射する。レンズアレイ１は、液晶装置のような透過光バルブ２のピクセルの前に配置される。レンズアレイ１のピッチは、実質的には光バルブピクセル２のピッチの３倍に等しく、レンズアレイ１の各レンズは光バルブ２の３ピクセル、またはピクセルの３行とアライメントされている。レンズアレイ１への入射光は、実質的にはコリメートされ、光バルブのピクセルは実質的にはレンズアレイ１の焦点面に配置される。このように、赤、緑、青の光線は各ピクセル、またはピクセル行に集束される。
【００８７】
また、上記ように、このタイプのプロジェクタシステムはまた、各光路に沿って導かれるカラーを周期的に変えていくことによって、角度時間シーケンシャルなカラー（ＡＴＳＣ）プロジェクタで使用され得る。例えば、各複合フルカラーイメージは、連続する３個の時間フレームのセットによって投影される。第１の時間フレームでは、各カラーの光路が図１に示されている。第２の時間フレームでは、赤光は直線で示されている光路に従い、緑光は点線で示されている光路に従い、青光は破線で示されている光路に従う。第３の時間フレームでは、赤光は点線で示されている光路に従い、緑光線は破線で示されている光路に従い、青光線は直線で示されている光路に従う。このシーケンスは各イメージフレームで繰り返される。それによって、例えば、フルカラーのフルモーションビデオシーケンスが視覚スクリーンに投影されることが可能になる。
【００８８】
図２は、このタイプの配列で提供され得るピクセルカラーシーケンスの２つの例を示している。（ａ）で示されている第１のシーケンスでは、示されている各３つの時間フレームの間、各カラーピクセルは、各３行が縦方向に繰り返すパターンで、行として配置されている。光源（後述される）およびレンズアレイ１、または他の光学システムは、赤光が光バルブ２の１行目の１０のようなピクセルに向けられ、緑光は２行目の１１のようなピクセルに向けられ、青光は３行目の１２のようなピクセルに向けられている。第２の時間フレームでは、青光は１行目のピクセルに向けられ、赤光は２行目のピクセルに向けられ、緑光は３行目のピクセルに向けられる。第３の時間フレームでは、緑光が１行目のピクセルに向けられ、青光は２行目のピクセルに向けられ、赤光は３行目のピクセルに向けられる。
【００８９】
第２のシーケンスが図２（ｂ）に示されている。光バルブ２に交互列が横にオフセットして配置されている。第１のシーケンスと同様に、各ピクセルに供給されるカラーは、赤がＲ、緑がＧ、青がＢと示されている。
【００９０】
後述されるように、人間の視覚システムは光の青波長の空間的詳細に敏感に働くことがほとんどないため、赤光および緑光がシーケンス時間フレームで切替えられ、青光が固定されるという代替のピクセルカラーシーケンスが使用され得る。青光は光バルブの同じ１組のピクセルに常に入射する。
【００９１】
図３は、そのような配列を提供するために使用され得るピクセル発色のシーケンスの３つの例を示している。（ａ）に示される第１のシーケンスは図２の（ａ）で示されたシーケンスと類似している。図２（ａ）では、各時間フレームの間、ピクセルの各行は単一のカラーの光線を受ける。このように、第１の時間フレームでは第１行が赤光、第２行が緑光を受けるのに対して、第２の時間フレームでは第１行が緑光、第２行は赤光を受ける。両時間フレームの間、第３行が青光を受け、そのため青光の位置あるいは角度は変化しない。このシーケンスが時間フレームの各組み合わせの間繰り返される。
【００９２】
さらに２つの可能なシーケンスが図３（ｂ）および（ｃ）に示されているが、さらには記述はされない。
【００９３】
このタイプのシーケンスのイメージ空間解像度は、図２に示されるシーケンスと比べて減少する。特に、各イメージの赤および緑成分は光バルブの空間解像度の約３分の２であるのに対し、青のイメージ成分は光バルブの空間解像度の約３分の１である。しかし、多くのアプリケーションでは、これは、緑帯および赤帯の詳細に対する人間の視覚システムの敏感さが青帯での空間解像度の約２倍であるという特徴を反映するため、容認され得る。
【００９４】
このタイプのシーケンスの優位性は、光バルブが、「ノーマル」ビデオレート（非時間シーケンス技術のため）の単に２倍で動作する必要があるのに対して、光バルブが、図２に示されているタイプのシーケンスのためにはノーマルレートの３倍で動作することにある。そのため、それほど高価ではない光バルブが使用され得る。また、３つの三色光源の代わりに、わずか２つの二色光源のみが必要なため、照明システムはより単純である。
【００９５】
通常、異なった光源から適切な光バルブのピクセルへ光を合わせるために光学システムが必要とされる。図１で示された配置では、シングルレンズアレイ１がこの機能を果たす。レンズアレイ１は光バルブ２とは別に製造され得るか、または、光バルブと一体化された部分であり得る。別のレンズアレイが使用される場合、既存の、または商業的に利用可能な光バルブが使用される得るため、本目的のために特別に製造される必要はない。しかしながら、液晶光バルブは、例えばガラスや石英で形成された透明基板を有し、基板は０．５ｍｍのオーダーの厚さを有するため、基板の存在は、レンズアレイ１の平面と光バルブ２のピクセルの平面間の最小の分離距離を決定する。
【００９６】
一体化レンズアレイ１を使用する優位性は、ピクセルを有するレンズの配置が、光バルブの他の部分を配置するのに使用されるのと同様の技術を用いて実施され得るということである。つまり、正確な配置が単純に、かつ安価に達成されることが可能になる。また、レンズは、ピクセルのより近くに配置され得る。レンズのｆ数は、光線が受けられピクセルに集束される角度の範囲を決定するので、間隔が狭ければ狭いほど、小さなｆ数が可能になり、より幅広い角度が容認される。このことはより大きなシステムのｅｔｅｎｄｕｅにつながり、プロジェクタでの光線使用効率を改善する。
【００９７】
図４は、第１のレンズアレイ１および第２のレンズアレイ３を備える別の光学システムを示している。第１のレンズアレイ１は図１に示されるレンズアレイと同等のもので、焦点距離ｆ１を有する。異なる角度での光線入射や第の１レンズアレイ１上の異なる角度範囲での光線入射は、第１の焦点面５で点４などに集束される。
【００９８】
第２のレンズアレイ３は第１のアレイ１と光バルブ２の間に配置され、焦点距離ｆ２を有する。構成部品は、第２アレイ３がポイント４のピクセルにある６のようなイメージを形成するように、アレイ３が、各第１の焦点面５と光バルブ２のピクセル焦点面から、その焦点距離の２倍の間隔をあけるように、配置される。
【００９９】
そのような配置は次のような優位性がある。つまり、第１のレンズアレイ１が小さなｆ数を有し得るということは、システムｅｔｅｎｄｕｅを増大させ、それによって投影されたイメージが明るくなる。第２のレンズアレイ３は比較的大きなｆ数を有し得、レンズがピクセル焦点面からｆ２に比較的大きな距離を保って切り離すことができる。それゆえ、レンズアレイは光バルブ２とは別に製造することが可能になり、商業的に利用可能な光バルブが使用される。
【０１００】
図５は、光バルブ２のピクセルに光を集束させるためにレンズアレイ１と協働する光源アレイ１５を備える別のプロジェクタ光源配置を示す。アレイ１５は、図５に示されているように１次元であり得、あるいは後述のように２次元であり得る。各光源は、２つ、または３つの異なるカラーの光を異なる時間フレームの間に提供するために制御可能である。そのような１つの時間フレームでのカラーのパターンが図５に示されている。このような配置の優位性は、各光源（または２次元アレイのための光源の行）によって範囲を定められた角度が比較的小さいことにあり、その結果、レンズアレイ１が、３つの光源のみが使用されている図１に示されている配置よりも、光バルブ２からさらに離れた位置に配置され得る。そのため、レンズアレイ１は光バルブ２とは別に製造され得る。
【０１０１】
図１および図４の参照とともに記述されている配置では、光学システムは、入射光を特定の角度で光バルブの地点に集束させる。しかし、実際には、特定の角度で光を出射する光源から光が放たれるというよりも、空間に特定の位置を占める光源から光は出射される。これを考慮に入れるために、図６の（ａ）に示されるフィールドレンズ２０が、光源と、図６の単一レンズアレイ１によって例示された光学システムとの間に配置される。フィールドレンズが焦点距離ｆＦを有し、レンズアレイ１の平面近くに配置されているのは、光源の平面の任意の地点から出射された光が、プロジェクタのこの部分の光軸２１に実質的に共通な角度で当たるために、フィールドレンズ２０を介してコリメートされるためである。レンズアレイ１は、フィールドレンズ２０からの光を、アレイ１の焦点面にある２２のような丸で囲まれて示されている点のセットに集束する。点２２は、レンズアレイの周期と実質的に等しい周期ｐの間隔で配置される。
【０１０２】
点光源からの光を規則的な間隔で並んでいる点に集束する別の技術が図６の（ｂ）に示される。レンズアレイ１は、点光源２４を含む平面２３から距離ｕの間隔が空けられ、光バルブピクセルの平面２５から距離ｖが空けられ、その結果、平面２５は平面２３に結び付けられる。これは、距離ｕおよびｖを次に従って設定することで達成される：
【０１０３】
【数１】
2005326855.tif 000003
ここで、ｆ１はアレイ１の焦点距離である。ピッチｐを有するイメージ点のセットを提供するために、レンズアレイのピッチはｐよりも小さく形成され、次によって与えられる：
【０１０４】
【数２】
2005326855.tif 000004
図６の（ａ）および（ｂ）に示されるレンズアレイ１は、図１に示されるような単一レンズアレイ光学システムであり得るか、または、図４に示される二重アレイシステムの第１のレンズアレイであり得る。
【０１０５】
（ａ）に示される配置では、レンズアレイのピッチは実質的に光バルブのピクセルピッチの厳密に３倍である。それゆえ、そのような配置はシステムの構成を単純化する。また、同様に、光はアレイ１のすべてのレンズを通り抜ける。（ｂ）に示される配置では、アレイ１の端側のレンズは大きな角度で光が通り抜けられることを許容し得るが、大きな角度では光学収差が光学効率の低下につながる可能性がある。しかし、（ｂ）に示される配置では、より少ない構成部品を有するので、コストおよび、反射とそれによる光損失が起こり得る光学面の数が減少する。
【０１０６】
後により詳述されるが、光源は、多色光エミッタ、または単一色光エミッタを含み得る。それには、同一面、および／または、同一方向あるいは同一角度範囲からの各光エミッタからの光を当てる配置に置かれる。多色光エミッタの場合、光エミッタは電子的に切替えられ異なるカラーの光を生成する。このタイプの光源を使用することで、コストが削減され、プロジェクタの大きさを小さくすることが可能である。そのような光源は、例えば、発光ダイオード、または互いに近くに置かれた異なるカラーの要素を生成する他の半導体光を含み得る。
【０１０７】
同一のチップ上に異なるカラーの出射を一体化することもまた可能である。そのためには、Ｌｕｏらによる、「Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ｃｏｌｏｕｒ  ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＣｄＭｇＳｅ  ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｆｕｌｌ−ｃｏｌｏｕｒ  ａｎｄ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ  ７７  ｐｐ．４２５９〜４２６１（２０００年）などに説明されているような方法を使用する。異なるカラーを出射するレイヤもまた垂直に積層されることもあり得る。このことは、以下に開示されている。ＵＳ５７２１１６０、Ｚ．Ｓｈｅｎらによる「Ｔｈｒｅｅ−ｃｏｌｏｕｒ，ｔｕｎａｂｌｅ，ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ」，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ｖｏｌ  ２６７，  ｐ．２００９，１９９７年、Ｐ．Ｅ．Ｂｕｒｒｏｗｓらによる「Ａｃｈｉｖｉｎｇ  ｆｕｌｌ−ｃｏｌｏｕｒ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｆｏｒ  ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，  ｆｌａｔ−ｐａｎｅｌ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｖｏｌ  ４４ｐ．１１８８，１９９７年、Ａ．Ｊ．Ｓｔｅｃｋｌらによる「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」，ｖｏｌ  Ｂ８１，ｐ９７，２００１年。
【０１０８】
単一色光エミッタの場合、光エミッタは、例えば、単一色発光ダイオードであり得る。そのような光エミッタのグループからの光は、例えばダイクロイックミラーやクロスダイクロイックミラープリズムなどの色選択反射素子を用いて、同様に出射される。単一色光エミッタの優位性は、現在においてはより広範囲で入手可能で、より高光出力を有することにある。また、各光エミッタは、完全なイメージリフレッシュサイクルのわずか３分の１、または半分のためにスイッチされ、その結果、必要とされる光源の冷却がより少なくなる。
【０１０９】
この光エミッタは、スイッチのオン、オフが電気的に切り替わる能力のある電子タイプには適切であり得る。そのような光エミッタは、固体または半導体装置、ならびに発光ダイオード、例えば、エッジ放射型あるいは垂直放射型のレーザーダイオードを含むレーザー、超ルミネセンスダイオードおよび共振空洞発光ダイオードなどを含む適切な例を、含む。光エミッタは一度に主要な一色のみを出射するタイプであり得て、迅速にスイッチがオン、オフする（例えば単一色光エミッタのために）もしくは、迅速にあるカラーが別のカラーに切り替わる（多色光エミッタのために）。そのような急速切替え発光体の例には、発光ダイオードやレーザーが含まれるが、急速切替えフィルターと協働するブロードバンドランプ、またはネオンランプのようなナロー放射バンド光エミッタなどのような配置をも含む。また、蛍光体を使用するＬＥＤ、周波数二重レーザー、光子結晶を基にした装置のように、あるカラーから別のカラーに切替えるために、蛍光、あるいは非線形光学効果を用いる装置も適切である。
【０１１０】
図７は、図１に示され、また、図２の（ａ）に示されるピクセルカラーシーケンスを用いる図６の（ｂ）にも示される、単一レンズアレイ光学システムのタイプを用いるプロジェクタの光学システムを概略的に示す。このプロジェクタは、３つの照明ユニットまたは光源３０，３１および３２を含み、光源３０，３１および３２はそれぞれ、水平に横長である光出力表面Ａ，ＢおよびＣを有する。各光源は１つ以上の光エミッタおよび必要な他の成分を含み、適切な光源の例示は後述される。各光源は赤、緑、青色の光を出射するために制御可能で、光源は次のように制御される。第１、第２、第３の時間フレームで、光源３０は青、緑、赤の光をそれぞれ出射し、光源３１は緑、赤、青の光をそれぞれ出射し、光源３２は赤、青、緑の光をそれぞれ出射する。
【０１１１】
光源３０〜３２は光をレンズアレイ１に向ける。レンズアレイ１は、水平に伸びる円柱状の軸を有する水平に伸びる円柱状の集束レンズアレイを含む。アレイ１のレンズの垂直ピッチは、図６の（ｂ）に示される配置の参照にあるように、前述にあるような光バルブ２のピクセルの垂直ピッチよりわずかに小さい。そのため、光源３０〜３２からの光は光バルブ２のピクセルの各組に集束される。図１は、図７のアレイ１の２つのレンズの概略的な側面図、および６つの関連するピクセル行を表す。光バルブ２への光入射は、光源３０〜３２のカラーの切替えと同調する適切なイメージにしたがって調節される。合成カラーイメージ、またはフレームは、３つの時間シーケンスフレームから成り立っていて、各時間フレームは、３つのカラー成分イメージによってインターレースされた行を含む。光バルブ２からの調節された光は光収集レンズ３３によって集められ、投影レンズ３４に供給し、投影レンズ３４はイメージをフロントあるいははリアの投影スクリーン（示されていない）に投影する。投影レンズ３４の開口が効果的に使用されるように、光収集レンズ３３が光バルブ２からの光の方向を変える。
【０１１２】
各投影された合成イメージまたはフレームは、各カラー成分イメージのための光バルブ２の完全空間解像度で投影される。光源３０〜３２、および光バルブ２によって投影される各イメージまたはサブイメージは、例えば、通常のビデオレートの約３倍というような十分に高いレートで切り替わるので、視覚者は単一のフルカラーイメージ、またはフレームを知覚する。
【０１１３】
図８は各光源３０〜３２として使用され得る光源の例を示す。光源は一体化された３色光エミッタを含み、３色光エミッタは電気的に切り替わって赤、緑、青を出射する。光エミッタ４０からの光は実質的にコリメータ４１によってコリメートされてレンズアレイ４２、４３に向けられる。レンズアレイ４２は、４つの球状集束レンズ（１，２，３および４と表示される）の２×２の２次元アレイを含み、入射光線をアレイ４３の各レンズ（１’、２’、３’および４’と表示される）の中心にくるように集束させる。アレイ４３は、図７の光源３０の場合ではＡというようなアウトプット表面を、効果的に形成する円柱状の集束レンズの１次元アレイを含む。アレイ４３の各レンズは、レンズアレイ１上のアレイ４２の各レンズのイメージを形成する。特に、アレイ４２のレンズは同一の高さと幅、またはアレイ１および光バルブ２と同一のアスペクト比を有する。そして、この光学システムは、アレイ４２の各レンズのイメージは光バルブ２を覆うか補充することができるように、配置されている。そのような配置がレンズアレイ１の上に照明の均一のパターンを実質的に提供するのは、その結果として生じる投影されたイメージを均一な明るさにするためである。また、レンズアレイ１が照らされる位置からの角度の範囲は水平方向に幅広く、垂直方向に狭い。これにより、３つの光源３０，３１および３２は図７に示されているように縦に積層され、光バルブのシステムの利用可能なｅｔｅｎｄｕｅを効果的に使用することができるようになる。
【０１１４】
図９（ａ）は図７の各光源３０〜３２に適切な別の配置である。この光源が図８に示されるのと異なるのは、３色一体光エミッタ４０が、３つの単色赤、緑、青の光エミッタ４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと関連のコリメータ４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと共に置き換えられている点である。この光エミッタおよびコリメータが光をクロスダイクロイックプリズムの３つのインプット表面に向け、クロスダイクロイックプリズムが共通アウトプット光路に沿って３つの光エミッタからの光をレンズアレイ４２、４３に向ける。
【０１１５】
図９（ｂ）は、クロスダイクロイックプリズム４４がダイクロイックミラーに置き換えられた点において、図９（ａ）と異なる他の光源配置を示す。ダイクロイックミラーは、光エミッタからに光をレンズアレイ４２、および４３の共通アウトプット光路に向ける同一の機能を行う。
【０１１６】
図１０（ａ）が示す光源が図８に示されるものと異なる点は、レンズアレイ４２、４３が除かれて、水平に引き伸ばされた光源のアウトプット表面を形成する直線アレイを形成するために、光エミッタ４０およびコリメータ４１が多数化されている点である。同様に、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示される光源が図９（ｂ）および図９（ａ）に示されるものと異なる点は、レンズアレイが除かれて、光エミッタが水平に多数化されている点である。図１０に示される各光源が、光バルブ２に、より均一の光を分配するホモジェニスターと共に提供され得る。そのようなホモジェニスターは、例えば、二重レンズアレイ、または集積ロッドを含み得る。また、図８〜１０に示される各光源は偏光変換システムを含み得る。偏光変換システムは、光エミッタから放たれた実質的に全光を、光バルブの入力光要求に合わせるために単一の均一偏光に変換するためのものである。適切なシステムは、例えば、Ｓｔｕｐｐ＆Ｂｒｅｎｎｅｓｈｏｌｔｚ，「Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙｓ」，Ｗｉｌｅｙ  １９９９、およびＩｔｏｈらによる「Ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ＬＣ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｌａｒｉｓｅｄ  ｌｉｇｈｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ」，ＳＩＤ  ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｐａｐｅｒｓ，ｖｏｌ  ２８，ｐｐ９９３−９９６，１９９８などに開示されている。
【０１１７】
図７に示されるプロジェクタは、図３に示されるピクセルカラーシーケンスにしたがって代替的に動作し得、図８〜１０に示される光源はそれにしたがって修正され得る。例えば、図３（ａ）に示されるシーケンスを実行するために、図９（ｂ）に示される光源は、図１１に示されるように修正され得、各光源３０、３１として緑赤、あるいは赤光を提供するために使われる一方、光源３２は青光のみを提供する。このように、各光源３０および３１には、赤と緑のみの光エミッタおよびコリメータが単一ダイクロイックミラーと共に必要とされる。光源３２は図８に示される配置を有し得るが、光エミッタ４０は青光のみを出射する。
【０１１８】
図１２が示す時間シーケンシャルなカラープロジェクタが図７に示されるものと異なる点は、図４に示されているように光学システムが２つのレンズアレイを含む点である。
【０１１９】
図１３が示す２つのカラー光源が図１０（ｂ）に示されるのと異なる点は、青光エミッタおよびコリメータが反射鏡と共に除かれている点である。
【０１２０】
図１４は図１２に示されるタイプの時間シーケンシャルなカラープロジェクタを示すが、このカラープロジェクタは、図１３に示されるタイプの２つの光源を有し、また図３（ａ）に示されているのと同様のタイプのピクセルカラーシーケンスを遂行するために、青光のみが提供される光源を有する。
【０１２１】
前述のレンズアレイ１および２は円柱状のレンズアレイであるが、他のタイプのレンズアレイも使用され得る。例えば、図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、球状の集束レンズを形成するために、環状に対称な光学的性質を有する六角レンズアレイを示している。１つのフレームのピクセルカラーは、この場合も同様に、赤がＲ、緑がＧ、青の光がＢと示される。図１５（ａ）に示される配置では、各レンズが水平行の３つのピクセルに光を集め、そのような配置は、例えば図７に示されるタイプのプロジェクタに使用され得る。図１５（ｂ）に示される配置では、各レンズは三角形に配置された３つのピクセルに光を集め、そのような配置は図１６に示されるタイプの時間シーケンシャルなカラープロジェクタで使用され得る。プロジェクタが図７に示されるものと異なる点は、アウトプット表面の形態および光源３０〜３２の相対的位置である。特に、アウトプット表面が三角形に配置されているのは、アレイ１の各レンズが、対応する３つのピクセルの三角形配置に集束させるようにするためである。細長いアウトプット表面の代わりに、光源の有するアウトプット表面は、光バルブ２のピクセルと実質的に同形である。
【０１２２】
図１７は、図１７のプロジェクタで使用される光源を示す。その光源が図８で示されるものと異なる点は第２のレンズアレイ４３が２×２の２次元アレイを含む点である。同様に、図１８（ａ）および図１８（ｂ）で示される光源が図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるものとそれぞれ異なる点は、図１７に示されるレンズアレイ４３と同様の配置を有する点である。同様に、図１９に示される２つのカラー光源が図１１に示されるものと異なる点は、図１７のレンズアレイ４３を有する点である。
【０１２３】
図２０は、図５に示されるのと同様のタイプの小さな光源の反復アレイを含む時間シーケンシャルなカラープロジェクタを示す。そのような配置によって、単一レンズアレイ１が光バルブ２からより離れた距離に配置することが可能である。光源５０は発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイとして示され、各ＬＥＤは行と列に配置されている。各列は同一のカラーのＬＥＤを含み、行は赤、緑、青の反復シーケンスで配置されている。ＬＥＤのカラーは赤がＲ、緑がＧ、青がＢと示されていて、ＬＥＤのスイッチされる完全フレームのどの３つの連続サブフレームであるかが下付き文字で示されている。このように、フレーム１では、Ｒ１、Ｇ１およびＢ１と表記されたＬＥＤにスイッチが入り、第２フレームでは、Ｒ２、Ｇ２およびＢ２と表記されたＬＥＤにスイッチが入り、第３フレームでは、Ｒ３、Ｇ３およびＢ３と表記されたＬＥＤにスイッチが入る。円柱状のレンズアレイ１は次のようにＬＥＤからの光を集束させる。第１フレームでは、光バルブピクセルの行Ａ、ＢおよびＣがそれぞれ緑、青、赤の光で照らされる。第２フレームでは、行Ａが青、行Ｂが赤、行Ｃが緑である。第３フレームでは、行Ａが赤、行Ｂが緑、行Ｃが青である。
【０１２４】
水平方向の円柱状の集束レンズがレンズアレイ１において使用されるため、アレイ５０にある各ＬＥＤの垂直位置が、光バルブ２のどのピクセルが照明するかを決定する。例えば、Ｒ２と表記されたＬＥＤが、第２フレームの間、全Ｂ行の全ピクセルを照らす。
【０１２５】
図２０（ｂ）に示されるプロジェクタの特例は、アレイ５０が、図２０（ａ）に示されるように配置されるＬＥＤの２４行を含む。各行は１ｍｍの高さである。光バルブ２は透過型液晶表示パネルであり、ＬＥＤアレイ５０から５０ｍｍの間隔がとられた２０マイクロメートルのピクセル直径を有する。円柱状のレンズアレイ１は、約６０マイクロメートルの直径を有する各レンズと、約１ｍｍの焦点距離を有する。アレイ１は、光バルブ２のピクセル平面から約１ｍｍの間隔が空けられている。
【０１２６】
図７に示されるタイプのプロジェクタの対応する例と比較すると、各光源３０〜３２は、８ｍｍの高さである。光源からの光を、光バルブの上の２０マイクロメートルの高さの縞に集束させるために、レンズアレイ１は平面から約１２５マイクロメートルの距離がとられねばならない。これは、液晶表示パネルのガラス基板があることで防止される。
【０１２７】
図２１が示す時間シーケンシャルなカラープロジェクタが前述のプロジェクタと異なる点は、合成イメージまたはフレームの青のカラー成分が、投影レンズ３４の前において別に処理される点である。このプロジェクタは赤／緑タイプの光源３０および３１を含む。赤／緑タイプは、例えば前述のどのタイプでもありえる。アウトプット表面ＡおよびＢからの光はレンズアレイ１の上へ向けられて、レンズアレイ１は前述のように光点を光バルブ２のピクセルに集束させる。赤および緑のカラー成分イメージのみが、光バルブ２によって投影される。そのとき、例えば、図３に示されるシーケンスに従うけれども全青ピクセルは排除される。実際、光バルブ２の全ピクセルは、赤および緑のカラーイメージ成分を投影するために使用され得る。それゆえ、赤および緑のカラーイメージ成分は光バルブ２の完全解像度において投影される。また、光バルブ２は通常のビデオレートのわずか２倍での動作が必要とされる。光バルブ２からの調整された光はレンズ３３によって集光され、ダイクロイック青反射ミラー５７を介して投影レンズ３４に送られる。
【０１２８】
プロジェクタは青光のみを供給する光源５５をさらに含む。光源５５は継続してスイッチオンされ得るか、または、例えばフレームブランキング期間において、青のカラー成分イメージが変化するか、あるいは更新されるときに、短時間、スイッチオフされ得る。
【０１２９】
光源５５からの青光は、例えば適切な光学システムによって、イメージの青のカラー成分のみを投影する光バルブ５６を介して、光が方向づけられる。青の詳細に対する人間の視覚系の敏感性は、赤および緑に対する敏感性より低いので、投影されたイメージの詳細の感知が低下することのない状態で、光バルブ５６の空間解像度は、光バルブ２の空間解像度よりも低い。また、光バルブ５６は標準ビデオレートで動作する必要があるのみで、この場合もやはりコストを削減することが可能になる。
【０１３０】
光バルブ５６によって調整された光はダイクロイックミラー５７の上に向けられて、投影レンズ３４に向け反射される。プロジェクタの部品を適切に配置することで、青のイメージ成分は、ディスプレイの画面に投影される合成イメージの、赤および緑のイメージ成分に合うように作成される。
【０１３１】
図２２は図５で示されたものと同様なプロジェクタ光源配置を示し、また、ダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーを用いた図９の例に見られるように、特定の内部照明ユニット配置に関しても同様である。図５の配置では、光源の単一アレイ１５はレンズアレイ１と協働して、光バルブ２のピクセルに光を集束させる。一方で、図２２の配置は、第１の平面に配置された光源の第１のアレイ１５Ｒ／Ｂ、および第２の平面に配置された光源の第２アレイ１５Ｇを含む。
【０１３２】
第１のアレイ１５Ｒ／Ｂの各光源は、例えば１組の赤および青のＬＥＤである赤および青の光エミッタのみを含むのに対して、第２の光源アレイ１５Ｇの各光源は、例えば緑のＬＥＤである緑の光エミッタのみを含む。第１のアレイ１５Ｒ／Ｂの光源は制御され、図５の配置にあるような光バルブ２での光バルブのデータに対応して、各時間フレームに赤および緑の照明の適切なパターンを提供する。
【０１３３】
図２２の配置は、図４および図１４に示される同番号の部分と同等の機能を果たすレンズアレイ１および３、光バルブ２、光収集レンズ３３、投影レンズ配置３４を含む。図２２の配置では、反射板４５がレンズアレイ１および光バルブ２へ向かう緑光エミッタからの緑光を反射し、さらに、赤および青光エミッタ１５Ｒ／Ｂからの光をレンズアレイ１および光バルブ２へ送り込むために配置されている。ミラー、プリズム等の適切な使用と位置づけを備える、他の、赤、緑、青光エミッタの配置は、当業者にとって容易に明らであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】周知の光バルブピクセルの配置および角度カラープロジェクタにおけるレンズアレイを概略的に示す。
【図２】３つの時間フレームの角度シーケンシャルなカラー（ＡＴＳＣ）または時間シーケンシャルなカラープロジェクタにおけるピクセルカラーシーケンスの２つの例を概略的に示す。
【図３】２つの時間フレームのＡＴＳＣまたは時間シーケンシャルなカラープロジェクタにおけるピクセルカラーシーケンスの３つの例を概略的に示す。
【図４】光をピクセルに集束させるための二重マイクロアレイ配置を概略的に示す。
【図５】時間シーケンシャルなカラープロジェクタで光源の繰り返しアレイを用いる照明システムを概略的に示す。
【図６】局在化した光源から断続的点アレイに光を集束させるための配置の２つの例を概略的に示す。
【図７】本発明の第１実施態様を構成する時間シーケンシャルなカラープロジェクタを説明する図である。
【図８】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図９ａ】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図９ｂ】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図１０ａ】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図１０ｂ】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図１０ｃ】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図１１】図７のプロジェクタで使用され得る光源の例を概略的に示す。
【図１２】本発明の第２実施態様を構成する概略的な時間シーケンシャルなカラープロジェクタである。
【図１３】本発明の実施態様を構成するプロジェクタで使用される別の光源の例を概略的に示す。
【図１４】本発明の第３の実施態様を構成する概略的な時間シーケンシャルなカラープロジェクタである。
【図１５】本発明の実施態様を構成するプロジェクタで使用されるレンズアレイおよびピクセル配置の２つの例を概略的に示す。
【図１６】本発明の第４の実施態様を構成し、図１５に図示されるタイプの配置を含む時間シーケンシャルなカラープロジェクタを示す。
【図１７】図１６のプロジェクタでの使用に適した光源を概略的に示す。
【図１８ａ】図１６のプロジェクタでの使用に適した光源を概略的に示す。
【図１８ｂ】図１６のプロジェクタでの使用に適した光源を概略的に示す。
【図１９】図１６のプロジェクタでの使用に適した光源を概略的に示す。
【図２０ａ】本発明の第５の実施態様を構成する時間シーケンシャルなカラープロジェクタを概略的に示すである。
【図２０ｂ】本発明の第５の実施態様を構成する時間シーケンシャルなカラープロジェクタを概略的に示すである。
【図２１】本発明の第６の実施態様を構成する時間シーケンシャルなカラープロジェクタを概略的に示す。
【図２２】時間シーケンシャルなカラー投影で光源の２つのアレイを用いる照明システムを概略的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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